Их отчет — одна из трех статей разных групп, описывающих аналогичные результаты с этим материалом, опубликованных в выпуске журнала Nature Nanotechnology от 9 марта. Исследования Массачусетского технологического института проводили Пабло Харилло-Эрреро, доцент кафедры физики Mitsui по развитию карьеры, аспиранты Бриттон Баугер и Яфанг Янг и постдок Хью Черчилль.
Материал, который они использовали, называемый диселенидом вольфрама (WSe2), является частью класса материалов толщиной в одну молекулу, которые исследуются для возможного использования в новых оптоэлектронных устройствах, которые могут управлять взаимодействием света и электричества. В этих экспериментах исследователи Массачусетского технологического института смогли использовать этот материал для производства диодов — основного строительного блока современной электроники.Обычно диоды (которые позволяют электронам течь только в одном направлении) изготавливаются путем «легирования», которое представляет собой процесс внедрения других атомов в кристаллическую структуру материала-хозяина.
Используя разные материалы для этого необратимого процесса, можно изготавливать полупроводники любого из двух основных типов: p-типа или n-типа.Но с новым материалом функции p-типа или n-типа можно получить, просто поместив исчезающе тонкую пленку очень близко к соседнему металлическому электроду и настроив напряжение в этом электроде с положительного на отрицательное.
Это означает, что материал можно легко и мгновенно переключить с одного типа на другой, что редко бывает с обычными полупроводниками.В своих экспериментах команда Массачусетского технологического института создала устройство из листа материала WSe2, который был электрически легирован наполовину n-типа и наполовину p-типа, создав рабочий диод, который имеет свойства, «очень близкие к идеальным», — говорит Харилло-Эрреро.Изготавливая диоды, можно производить все три основных оптоэлектронных устройства — фотодетекторы, фотоэлектрические элементы и светодиоды; Команда Массачусетского технологического института продемонстрировала все три, говорит Харилло-Эрреро. По его словам, хотя эти устройства являются экспериментальными и не предназначены для масштабирования, успешная демонстрация может указать путь к широкому спектру потенциальных применений.
«Известно, как изготавливать материалы с очень большой площадью», — говорит Черчилль. Хотя потребуются дальнейшие работы, по его словам, «нет причин, по которым вы не сможете сделать это в промышленных масштабах».В принципе, говорит Харилло-Эрреро, поскольку этот материал может быть спроектирован для получения различных значений ключевого свойства, называемого запрещенной зоной, должно быть возможно изготавливать светодиоды, которые воспроизводят любой цвет — что трудно сделать с обычными материалами. А поскольку материал такой тонкий, прозрачный и легкий, такие устройства, как солнечные элементы или дисплеи, потенциально могут быть встроены в окна зданий или транспортных средств или даже включены в одежду, говорит он.
Хотя селен не так распространен, как кремний или другие перспективные материалы для электроники, тонкость этих листов является большим преимуществом, отмечает Черчилль: «Он в тысячи или десятки тысяч раз тоньше», чем обычные диодные материалы », так что вы бы "использовать в тысячи раз меньше материала" для изготовления устройств заданного размера.По словам Ярилло-Эрреро, помимо диодов, которые были изготовлены командой, они также использовали те же методы для изготовления транзисторов p-типа и n-типа и других электронных компонентов.
По его словам, такие транзисторы могут иметь значительное преимущество в скорости и потребляемой мощности, поскольку они очень тонкие.